带死区输入的海洋柔性立管边界控制方法

摘要

本发明公开了一种带死区输入的海洋柔性立管边界控制方法，对海洋柔性系统进行建模，得到柔性立管系统的控制方程，构建边界控制率计算公式，对于边界控制率未确定的控制增益等参数，通过预先训练得到，然后实际测得柔性立管顶端的横向位移、倾角和剪切力，并通过历史数据得到这三个参数在时刻t的导数，最后将实际参数代入边界控制率计算公式，得到时刻t的边界控制率，驱动装置根据边界控制率向柔性立管顶端施加作用力。本发明可以实现对海洋振动下柔性立管振动的有效抑制，并且测量参数少，易于实现。

主权项

一种带死区输入的海洋柔性立管边界控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对海洋柔性立管系统进行建模，得到柔性立管系统的控制方程为：其中，以立管与油田的连接处为原点，x表示立管当前位置距离原点的垂直距离，x的取值范围为0≤x≤L，L表示海平面到原点的垂直距离；t表示时间，取值范围为t≥0；表示时间t时立管x处的横向位移，和分别表示函数对时间t的一阶导数和二阶导数，和分别表示函数对距离x的二阶导数和四阶导数；ρ表示立管的密度；EI表示立管的弯曲刚度；Q表示张力；f(x,t)表示时变洋流对在时间t对立管x处的干扰作用力；c表示立管的阻尼系数；S2：构建边界控制率v计算公式为：其中，sgn()表示符号函数，和分别表示在立管顶端L处的一阶导数和三阶导数，表示顶端的倾角，表示顶端的剪切力，和分别表示和对时间t的一阶导数；M_s表示位于海平面处、与立管顶端连接的驱动装置的重量；d_s表示驱动装置的阻尼系数；k₁、k₂和k表示控制增益参数；φ(t)＝[φ_l(t) φ_r(t)]^T，上标T表示矩阵转置，其中：${\phi }_l\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& v<b_r\\ 0& b_r\le v\end{array}\right.$${\phi }_r\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& b_l<v\\ 0& v\le b_l\end{array}\right.$F(t)＝[F_l(v) F_r(v)]^T，其中：其中，b_l和b_r为死区边界，上标“'”表示一阶求导，表示以v为变量的函数，需要满足的条件为：u_a(t)为辅助信号，定义为：根据公式求得，其中表示对时间t的一阶导数，γ表示待定参数；参数k₁、k₂、k和γ通过预先训练得到，训练方法为：预先仿真一个柔性立管系统，设置边界控制率v计算公式中其他各个参数，根据边界控制率v计算公式和步骤S1中的控制方程进行仿真训练，其训练目标是令柔性立管上各处的横向位移均小于等于横向位移的M％，0≤M＜100；S3：在时刻t，采用位移传感器测量得到柔性立管顶端的横向位移采用倾角计测量得到倾角采用剪切力传感器测量得到剪切力再通过历史数据得到三个参数在时刻t的导数S4：将步骤S3得到的实际参数代入步骤S2得到的边界控制率计算公式，得到时刻t的边界控制率v(t)，驱动装置根据边界控制率v(t)向柔性立管顶端施加作用力。